推动多学科交叉，“看清”生命应激反应

中毒、缺氧、病原体侵袭……这些突如其来的“变故”会诱发生命应激反应。应激反应是生命在“战时”的排兵布阵，对其进行的监测研究需在活体状态下开展，因此人们对其机制的认知非常有限。

“三聚氰胺奶粉事件发生后，人们想了解三聚氰胺被人体吸收后的代谢、迁移、聚集全过程，以研判其除了引发肾结石外还有哪些毒性，但当时无法做到。如今，新的技术已经能给出答案。”在近日举行的第786次香山科学会议上，香港浸会大学化学系教授蔡宗苇以毒理研究为例强调动态监测生命活动的重要性。

“仅需半个小时，脑梗就会导致1/3以上神经元死亡，缺氧后神经元经历了什么，一直无法‘看清’。”华东师范大学化学与分子工程学院教授田阳表示，团队通过构建“精准识别—时空成像—实时调控”的系统化研究策略，已经实现对活体脑化学信号的感知。

中国科学院院士、中国科学院生态环境中心研究员江桂斌指出，任何健康事件的发生都有分子基础，从分子的变异，到诱发功能变化，再到对器官造成影响，需要系统理论和技术体系对生命应激过程中一系列突发事件进行全链条呈现。

从静态到动态，从样本到活体

“核酸、蛋白质、多糖、脂质和代谢物等生物分子几乎承载着生命过程的全部信息。”中国科学院院士、中国科学院精密测量科学与技术创新研究院研究员刘买利表示，过去测量这些物质，需要从生命体中分离提取出来再测量，离开了“活着”的环境，它们之间的相互作用难以“眼见为实”。

例如，人类基因组计划对人体内基因组进行测序，需要首先从样本中提取DNA，然后再读取数据，DNA在体内存在的甲基化、三维构型等多样变化被抹平了。

“静态研究、样本研究就像通过‘照片’认识一个人；动态研究、活体研究则是直接接触这个人，认知的深度和精度更胜一筹。”刘买利表示，活体分子测量追求的目标是在无损伤、无扰动、无深度限制条件下，获取原子分子分辨的动态功能信息。这是活体分子测量技术面临的巨大挑战，也是前所未有的发展机遇。

“细胞是活体的基本单元，也是生物体响应外源物质刺激的直接受体，但是我们对细胞的理解与研究还远远不够。”江桂斌认为，单细胞技术的发展助推了对活细胞的研究，更高阶研究目标应瞄准功能单元“活的器官”，再进一步打通各器官的分子活动脉络，形成对个体的深入理解。

加快多学科跨领域合作

“在应激状态下，生命体启动高度协调的适应性应答机制，通过多层次网络调控生命体的动态平衡。”江桂斌表示，生命应激过程中，对关键化学信号的精准测量与调控，对于揭示重大疾病的机制及发展分子医学十分关键。

随着活体分子测量技术不断发展，开展相关研究的基础和条件正在逐步成熟。刘买利介绍，活体磁共振波谱与成像、正电子发射断层成像、光学成像和电化学分析等方法逐步应用于临床，成为穿刺取样、切片分析等之外的可选病理分析手段。

“化学界、生物学界和医学界已经出现很多高效、精准、痕量的测量方法。”中国科学院院士、中国科学院杭州医学研究所所长谭蔚泓表示，随着大数据与人工智能技术的发展，高效获取应激过程中的生物医学大数据，并利用人工智能深度解析大数据，揭示生理病理过程的内在机制成为可能。

江桂斌指出，在活体中“捕捉”稍纵即逝的生命应激反应，需要通过顶层设计进行体系化布局，发展新理论、新方法和新的仪器设备的同时，加快开展化学、生物、电子信息、物理、数学等多学科跨领域合作。